Bicyclische Decandicarbonsäuren, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Flotationshilfsmittel

Abstract

 Bicyclische Decandicarbonsäuren der allgemeinen Formel I

in der R C₁₋₂₂ Alkylreste, C₂₋₃₄-Alkoxycarbonylreste oder Re­ste polyalkoxylierter C₂₋₂₂-Fettalkohole sind, stellen eine neue Klasse von Dicarbonsäuren dar, die sich als Flotations­hilfsmittel eignen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft bicyclische Decandicarbonsäuren der allgemeinen Formel I

in der R aus der Gruppe der

a) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen,

b) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkoxycarbonylreste mit 2 bis 34 Kohlenstoffatomen und

c) Reste polyalkoxylierter Fettalkohole der Formel II
      R¹O-(CH-CHR²-O)_n-CH₂-CHR²-      (II)
in der R¹ ein gesättigter Fettalkoholrest mit 2 bis 22 Koh­lenstoffatomen, R² Wasserstoff und/oder Methyl und n eine Zahl von 0 bis 24 bedeuten,

ausgewählt ist.

[0002] Dicarbonsäuren auf Basis von Fettstoffen, zum Beispiel die so­genannten Dimerfettsäuren, sind wichtige Verbindungen mit ei­ner Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, vgl. Polymers Paint Colour Journal, Europ. Supplement, 1985, 115. Die günstigen Eigenschaften dieser Stoffklasse beruhen im wesentlichen auf dem Vorliegen langer Alkylketten. Dicarbonsäuren mit mehr als 12 Kohlenstoffatomen lassen sich jedoch nur durch wenige Reak­tionen darstellen.

[0003] So führt die Dimerisierung von ungesättigten Fettsäuren zu den obengenannten Dimerfettsäuren mit 36 Kohlenstoffatomen. Die Reaktion von Fettsäuren mit Acrylsäure führt zu einer C₂₁-Di­carbonsäure, vgl. IAOCS 57, 219 (1975). Die Hydrocarboxylie­rung von ungesättigten Fettsäuren ergibt C₁₉-Dicarbonsäuren, vgl. Fette, Seifen, Anstrichmittel 87, 400 (1985).

[0004] Es wurde nun gefunden, daß sich durch eine einfache Reaktion eine Gruppe neuer Dicarbonsäuren der allgemeinen Formel (I) auf Basis von Fettstoffen aufbauen lassen, die interessante Eigenschaften aufweisen, z.B. als Zwischenprodukte oder als Flotationshilfsmittel, insbesondere als Sammler für die Flotation nichtsulfidischer Erze.

[0005] Ausgangsmaterial für Decandicarbonsäuren der Erfindung sind Dicyclopentadien und lineare oder verzweigte, gesättigte Al­kohole mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen, z. B. Methanol, Etha­nol, n-Propanol, i-Propanol, n-Butanol und dessen Isomere, 2-Ethylhexanol, verzweigte Octanole sowie Fettalkohole mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, auch in Form ihrer technischen Ge­mische, wie sie bei der Fettalkoholsynthese anfallen. Man er­hält Decandicarbonsäuren der Erfindung, die einen Ethersubsti­tuenten tragen.

[0006] Alternativ können anstelle der vorgenannten Alkohole auch li­neare oder verzweigte, gesättigte Fettsäuren mit Dicyclopenta­dien umgesetzt werden, z. B. Essig-, Propion-, Butter-, Vale­rian-, Capron-, Önanth-, Capryl-, Pelargon-, Caprin-, Unde-­can-, Laurin-, Tridecan-, Myristin-, Pentadecan-, Palmitin-, Margarin-, Stearin-, Nonadecan-, Arachin-, Behen-, Lignoce­rin-, Cerotin-, Melissin- und Montansäure. Es können auch Fettsäuregemische eingesetzt werden, wie sie bei der Spaltung tierischer oder pflanzlicher Fette erhalten werden. Es lassen sich auf diese Weise Decandicarbonsäuren der Erfindung her­stellen, die mit einer Esterfunktion substituiert sind.

[0007] Alternativ können Decandicarbonsäuren der Erfindung auch aus­gehend von Dicyclopentadien und polyalkoxylierten Fettalkoho­len hergestellt werden; die Fettalkohole können die obigen Be­deutungen aufweisen, bevorzugt sind jedoch solche mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, auch in Form ihrer technischen Gemische, wie sie aus tierischen oder pflanzlichen Fetten erhalten wer­den können. Diese Fettalkohole werden in Form ihrer ethoxy­lierten und/oder propoxylierten Derivate eingesetzt, wobei sie formal mit 1 bis 25, vorzugsweise mit 2 bis 10 Ethylenoxid- und/oder Propylenoxideinheiten umgesetzt sind. Ethylenoxid- und Propylenoxideinheiten können dabei eine random- oder block-Verteilung aufweisen.

[0008] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Decandicarbonsäuren der obigen allgemeinen Formel I, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Dicyclopentadien mit einer Verbindung der allgemeinen Formel R-OH, in der R wie oben de­ finiert ist, umsetzt und die erhaltene bicyclische Verbindung der Formel III

an der Doppelbindung des Fünfringes oxidativ spaltet.

[0009] Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Umsetzung von Dicyclopen­tadien mit den Verbindungen der Formel R-OH unter Säurekataly­se, vgl. US-PS 2 394 582, in an sich bekannter Weise.

[0010] Die oxidative Spaltung der Doppelbindung des Fünfringes kann nach zahlreichen an sich bekannten Verfahren erfolgen, z. B. durch Ozonolyse (K. Griesbaum, Brennstoff-Chemie 50, 212 (1969)), durch Spaltung mit Permanganat oder Perjodat (Can. J. Chem. 33 (1714) (1955)), durch Umsetzung mit Persäuren in Ge­genwart von Rutheniumtrichlorid (DE-A 21 06 307), durch Umset­zung mit Rutheniumoxid, Acetaldehyd und Sauerstoff (EP-A 0 021 118), durch Oxidation mit Sauerstoff in Gegenwart von Acetal­dehyd-und-Verbindungen von V, Mo, W-oder Os (US-PS-3 701-804), durch Umsetzung mit Rutheniumtetroxid und Natriumhypochlorit (JAOCS 1977, 870A), durch Umsetzung von Rutheniumtrichlorid und Natriumhypochlorit (Chem. Comm.21, 1420 (1970)), durch Umsetzung mit Salpetersäure und Ammoniumvanadat (US-PS 2 323 861, GB-PS 1 068 905, FR-PS 981 609), durch Umsetzung mit Sal­petersäure (US-PS 2 265 601).

[0011] Die Spaltung der Doppelbindung unter Bildung von Dicarbonsäu­ren ist auch möglich, indem man nach üblichen Verfahren (F.D. Gunstone, Hydroxylation Methods, Advances in Organic Chemistry, Band I, Interscience Publishers, S. 103 ff, 1960) das Diol herstellt und dieses zur Carbonsäure spaltet, vgl. auch DE-OS 20 52 815, 21 06 913 (Umsetzung mit Sauerstoff, Peressigsäure in Gegenwart von Kobalt(II)acetat), sowie DE-OS 20 35 558 (Umsetzung mit Peressigsäure in Gegenwart von Ni-, Fe-, Pd-, Mn- oder Co-Verbindungen).

[0012] Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der bicycli­schen Decandicarbonsäuren der obigen allgemeinen Formel I als Flotationshilfsmittel.

[0013] Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh­rungsbeispiele näher erläutert.

[0014] Arbeitsvorschriften für die Herstellung von Ethern und Estern des Dicyclopentadiens (Ausgangsmaterial)

[0015] Die Synthesen wurden analog US-PS 2 394 582 bzw. US-PS 2 395 452 durchgeführt.

A) Umsetzungsprodukt aus Dicyclopentadien und Laurylalkohol

[0016] 

[0017] 132 g Dicyclopentadien, 186 g Laurylalkohol und 30 g Bor­fluoridetherat wurden unter Rühren vier Stunden lang auf ca. 100°C erhitzt. Die Reaktionsmischung wurde zunächst mit beißem Wasser, danach mit Natriumcarbonatlösung und erneut mit Wasser gewaschen, getrocknet und im Vakuum destilliert. Das gewünschte Produkt ging bei 185°C/2 mbar als schwach gelbes Öl über.

[0018] Nach demselben Verfahren wurden die Umsetzungsprodukte aus Dicyclopentadien und 2-Ethylhexanol (Sdp. 115 - 120°C/1 mbar) und Ethanol (Sdp. 109°C/18 mbar) erhalten. In analo­ger Weise, jedoch ohne Destillation des Reaktionsproduktes, wurden Umsetzungsprodukte des Dicyclopentadiens mit Stea­rylalkohol, Isotridecylalkohol und einem Anlagerungsprodukt von 3 Mol Ethylenoxid an ein Fettalkoholgemisch der Ketten­längen C₁₂-C₁₈ erhalten.

b) Umsetzungsprodukt aus Dicyclopentadien und Essigsäure

[0019] 

[0020] 100 g Dicylopentadien, 250 g Essigsäure, 4 g konzentrierte Schwefelsäure und 6 g Wasser wurden unter Rühren 5 Stunden lang auf 70°C erhitzt. Danach wurde die Reaktionsmischung unter Rühren mit Wasser versetzt. Die organische Phase wur­de abgetrennt, mit Natriumcarbonatlösung und mit Wasser ge­waschen, getrocknet und im Vakuum destilliert. Das ge­wünschte Produkt ging bei 95 - 100°C/1 mbar als klare Flüs­sigkeit über.

[0021] In analoger Weise wurde ein Umsetzungsprodukt aus Dicyclo­pentadien und Laurinsäure, Sdp. 170 - 210oC/0,1 mbar erhal­ten.

Beispiel 1

Dodecyloxy-substituierte bicyclische Decandicarbonsäure (I, R = C₁₂H₂₅)-

[0022] In eine Edelstahl-Kolonne (3 m x 40 mm) mit Mellapack-Füllung wurden von oben nach unten im Gleichstrom kontinuierlich ein­gespeist:

[0023] 500 g/h einer 20 %-igen Lösung von Dodecyloxy-dicyclopenta­dien erhalten nach obiger Arbeitsvorschift a) in Caprylsäure;

[0024] 1000 g/h Wasser, das in einem Statikmischer der Olefinlösung kurz von Eintritt in die Kolonne zugemischt wurde, 8 m³/h ozonisierte Luft (ca. 160 g Ozon/h, d.h. ein 10 %-iger Überschuß, bezogen auf das Olefin).

[0025] Die Reaktionsenthalpie wurde durch Wasserverdunstung im Trä­gergasstrom abgeführt; die Ozonolysetemperatur betrug statio­när ca. 36°C am Kolonneneintritt und ca. 20°C am Austritt.

[0026] Die Ozonidlösung wurde von den Resten der wässrigen Phase ab­getrennt (ca. 250 g/h) und ohne Zwischenlagerung aufgearbei­tet.

[0027] Die Aufarbeitung erfolgte diskontinuierlich. Die Lösung wurde in einem gläsernen oder emaillierten Reaktionsapparat unter intensiver Rührung bei 80°C, unter Einleitung von bei 60°C mit Wasserdampf abgesättigter Luft (ca. 70 l/h/kg Reaktionsge­misch) 1,5 Stunden autokatalytisch oxidiert.

[0028] Anschließend wurden, unter Beibehaltung der Luftzufuhr, in 2 Stunden bei 80°C nach und nach 28,5 g 70 %-ige Wasserstoffper­oxid-Lösung auf 1 kg Reaktionsgemisch zugetropft.

[0029] In der darauffolgenden Nachreaktionsphase wurde der Reaktorin­halt in 30 Minuten auf 100°C aufgeheizt und 1 Stunde unter Zu­gabe weiterer 28,5 g H₂O₂ (70 %) auf 1 kg organische Phase ge­rührt.

[0030] Die Lufteinleitung wurde unterbrochen. Die Temperatur wurde unter Ausschleusen eines hauptsächlich aus Wasser bestehenden Destillats in ca. 1 Stunde von 100 auf 130°C angehoben. Die Endtemperatur wurde bis zu einer Peroxidzahl der organischen Lösung von ca. 10 Einheiten bei 130°C konstant gehalten (0,5 bis 1 h). Die durchreagierte Lösung war lagerfähig.

[0031] Die Caprylsäure wurde bei 2 mbar (Wärmeträgertemperatur 165°C) am Dünnschichtverdampfer abgezogen, der Rückstand in heißem Eisessig aufgenommen und unter Rührung und Kühlung kristalli­siert. Das Produkt wurde in Form kleiner farbloser Kristalle erhalten, Fp. 101 bis 108°C, Säurezahl 292. Durch Einengen der Mutterlaugen konnte weiteres Produkt erhalten werden. Gesamt­ausbeute 85 %.

Beispiel 2.

2-Ethylhexyloxy-decandicarbonsäure (I, R = CH₃-(CH₂)₃­-CH(C₂H₅)-)

[0032] Zu 39,1 (0,149 mol) 2-Ethylhexyl-dicyclopentenether, erhal­ten nach obiger Arbeitsvorschrift a) in 200 ml Aceton wurden bei Umgebungstemperatur innerhalb von 15 min 60 g (0,38 mol) KMnO₄ gegeben; anschließend wurde 2 Stunden am Rückfluß ge­kocht, warm abgesaugt und aus dem Filterkuchen nach Spülen mit Aceton die Dicarbonsäure mit Aceton/Wasser in der Wärme ausge­waschen. Nach dem Ansäuern und Ausethern der Filtrate wird ge­waschen, getrocknet und eingeengt.

[0033] Man erhielt 46 % der hochviskosen, dunkelgelben Dicarbonsäure mit einer Säurezahl von 312 entsprechend 90 % des theoreti­schen Wertes.

[0034] Die physikalischen Daten der vorstehend genannten Verbindungen der Beispiele 1 und 2 sind zusammen mit denjenigen weiterer hergestellter Verbindungen der Erfindung in der Tabelle 1 zu­sammengefaßt.

[0035] Die Verbindungen der Erfindung wurden hinsichtlich ihrer Eig­nung als Flotationshilfsmittel untersucht. Die Flotationsver­suche wurden in einer modifizierten Hallimond-Röhre (Mikroflo­tationszelle) nach B. Dobais, Colloid & Polymer Sci. 259 (1981), Seite 775 bis 776, bei 23°C durchgeführt. Die einzel­nen Versuche wurden mit jeweils 2 g Erz vorgenommen. Zur Her­stellung der Trübe wurde destilliertes Wasser verwendet. Den Trüben wurde jeweils soviel Sammler zugegeben, daß eine Samm­lermenge von 500 g/t vorhanden war. Die Konditionierzeit be­trug jeweils 15 Minuten. Während der Flotation wurde ein Luft­strom mit einem Durchfluß von 4 ml/min durch die Trübe gelei­tet. Die Flotationsdauer betrug in allen Versuchen 2 min.

[0036] Die Ergebnisse der Flotationsversuche sind in der folgenden Tabelle II wiedergegeben. In der ersten Spalte sind die als Sammler verwendeten Verbindungen der Erfindung bezeichnet. In der zweiten Spalte ist das Gesamtausbringen, bezogen auf die gesamte Erzmenge, und in der dritten Spalte das Metallausbrin­gen, bezogen auf die im Erz vorhandene WO₃-Gesamtmenge, ver­zeichnet. In den vierten bis sechsten Spalten sind die WO₃-, CaO- und SiO₂-Gehalte der jeweiligen Konzentrate wiedergege­ben. Als Erz wurde ein Scheeliterz aus Osterreich mit der nachstehenden chemischen Zusammensetzung, bezogen auf die Hauptbestandteile, eingesetzt:
    WO₃      0,4 %
    CaO      8,3 %
    SiO₂      58,2 %
    Fe₂O₃      7,8
    Al₂O₃      12,5 %
    MgO      6,9 %

[0037] Die Flotationsaufgabe hatte die folgende Korngrößenverteilung:
    30 %      < 25 m
    45 %      25-100 m
    24 %      100-200 m

[0038] Die erfindungsgemäßen Verbindungen bewirken - wie aus der Ta­belle ersichtlich ist - eine befriedigende bis hervorragende Anreicherung von WO₃ im Konzentrat.

Ansprüche

1. Bicyclische Decandicarbonsäuren der allgemeinen Formel I

in der
R aus der Gruppe der
a) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen
b) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkoxycarbonylre­ste mit 2 bis 34 Kohlenstoffatomen und
c) Reste polyalkoxylierter Fettalkohole der Formel II
      R¹O-(CH-CHR²-O)_n-CH₂-CHR²-      (II)
in der R¹ ein gesättigter Fettalkoholrest mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, R² Wasserstoff und/oder Methyl und n eine Zahl von 0 bis 24 bedeuten,
ausgewählt ist.

2. Decandicarbonsäuren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß R¹ ein Fettalkoholrest mit 8 bis 18 Kohlenstoff­atomen ist.

3. Decandicarbonsäuren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß n eine Zahl von 1 bis 10 ist.

4. Verfahren zur Herstellung von bicyclischen Decandicarbon­säuren der allgemeinen Formel I

in der
R aus der Gruppe der
a) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen
b) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkoxycarbonylre­ste mit 2 bis 34 Kohlenstoffatomen und
c) Reste polyalkoxylierter Fettalkohole der Formel II
      R¹O-(CH-CHR²-O)_n-CH₂-CHR²-      (II)
in der R¹ ein gesättigter Fettalkoholrest mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, R² Wasserstoff und/oder Metyl und n eine Zahl von 0 bis 24 bedeuten,
ausgewählt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß man Dicyclopentadien mit einer Verbindung der allgemeinen Formel R-OH, in der R wie oben definiert ist, umsetzt und die erhaltene bicyclische Ver­bindung der Formel III

an der Doppelbindung des Fünfringes oxidativ spaltet.

5. Verwendung von bicyclischen Decandicarbonsäurederivaten als Flotationshilfsmittel der allgemeinen Formel I

R aus der Gruppe der
a) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen
b) linearen oder verzweigten, gesättigten Alkoxycarbonylre­ste mit 2 bis 34 Kohlenstoffatomen und
c) Reste polyalkoxylierter Fettalkohole der Formel II
      R¹O-(CH-CHR²-O)_n-CH₂-CHR²-      (II)
in der R1 ein gesättigter Fettalkoholrest mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, R2 Wasserstoff und/oder Methyl und n eine Zahl von 0 bis 24 bedeuten,
ausgewählt ist, als Flotationshilfsmittel.